II бөлім . Молекулалық физика және термодинамика
Молекулалық физика денелердің әртүрлі агрегаттық күйлердегі физикалық қасиеттерін заттардың микроскопиялық құрылысы негізінде зерттейтін физика бөлімі. Заттардың қасиеттері молекула-кинетикалық теория тұрғысынан статистикалық әдіс арқылы зерттеледі.
Термодинамикада тепе-теңдіктегі макроскопиялық жүйелердің жалпы қасиеттері мен олардың бір термодинамикалық күйден екінші күйге ауысу процестері зерттеледі. Термодинамика көптеген тәжірибе нәтижелерін қорытындылау арқылы анықталған, жүйедегі денелер табиғатына тәуелсіз орындалатын бірнеше бастама негізінде құрылған. Молекула-кинетикалық теория мен термодинамика бір-бірін толықтырып, біртұтас ілім құрайды.
Өте көп бөлшектерден тұратын жүйелер бірін-бірі толықтыратын екі әдіс арқылы тағайындалған: статистикалық және термодинамикалық.
Статистикалық әдісте белгілі бір зерттелетін жүйенің нұсқауларының құрылысы мен ықтималдық теориясы қолданылады. Өте көп бөлшектердің координаттары мен импульстері кез-келген уақыт мезетінде кездейсоқ шамаларға ие болады, бұл жағдайда статистикалық заңдылықтар тағайындалады.
Физикалық құбылыстарды зерттеуде қолданылатын екінші әдіс термодинамикалық (жылулық қозғалыс) деп аталады. Бұл әдісте денелердің ішкі құрылысы және оны құраушы бөлшектердің қозғалыс сипаттамалары қарастырылмайды.
7 Термодинамикалық жүйелер мен олардың параметрлері
Термодинамикалық жүйе деп бір-бірімен және сыртқы денелермен зат пен энергия алмасушы дараланған макроскопиялық денелер жүйесін айтады.
7.1 Термодинамикалық параметрлер мен процестер
Жүйенің
күйін сипаттау үшін жүйенің термодинамикалық
параметрлері
(күй
параметрлері)
деп аталатын физикалық шамалар
енгізілген. Оларға р
–
қысым,
– көлем, Т
– температура, п
– концентрация және т.б. жатады.
Қысым
р
–
дененің
бірлік бетіне нормаль бойымен әсер
ететін күшке тең шама
Өлшем
бірлігі
– Па (Паскаль) (
).
Жүйенің
температурасы
–
оның
бөлшектерінің жылулық қозғалыс қарқынының
өлшемі. Физикада бірнеше температуралық
шкала қолданылады. Мысалы, Кельвин
(
)
және Цельсий
(
)
шкалаларындағы
температуралар өзара
T = t + 273,15 (7.1)
өрнегімен байланысқан.
Қалыпты күйде термодинамикалық параметрлер келесі мәндерге тең болады:
p=1,013· 105 Па, VM=22,4· 10-3 м3 , T=273,15K . (7.2)
Термодинамикалық процесс деп жүйенің кез-келген параметрінің өзгерісін айтады.
7.2 Идеал газдың күй теңдеуі
Идеал газ деп бір-бірімен әсерлесу күштері ескерілмейтін, өзара және ыдыс қабырғасымен соқтығысулары абсолют серпімді болатын ретсіз қозғалыстағы материалдық нүктелер жүйесін айтады.
Идеал
газдың күй теңдеуі
–
термодинамикалық
параметрлер арасындағы функционалдық
байланыс:
.
Көптеген тәжірибе нәтижелерін қорыта
отырып, Менделеев (1874), бір моль идеал
газ үшін келесі теңдеуді анықтады:
.
(7.3)
Мұндағы
– газдың молярлық көлемі;
– универсал
газ тұрақтысы
.
Массасы
,
көлемі
идеал
газдың күй теңдеуі:
.
(7.4)
Бұл
Менделеев
– Клапейрон
теңдеуі.
Клайперон теңдеуін тағы бір түрде жазуға
болады:
немесе
.
(7.5)
Мұндағы:
–
мөлшері 1 моль заттағы молекулалар
санына тең Авогадро саны,
– Больцман
тұрақтысы,
– молекулалар концентрациясы (бірлік
көлемдегі газ бөлшектерінің саны).
Тұрақты температурада газ қысымы
молекулалардың концентрациясына
пропорционал болады.